I. За родом струму. постійний, змінний.
II. За принципом дії: 1. Колекторні машини постійного струму. 2. Безколекторні машини змінного струму. Ці два види поділяються на два: а) Асинхронні б) Синхронні.
III. За кількістю фаз: однофазні, трифазні, конденсаторні.
IV. За призначенням (основна ознака).
1. Двигуни (перетворення електричної енергії в механічну).
2. Генератори (перетворення механічної енергії в електричну).
3. Електромашинні перетворювачі (змінного струму в постійний, струм однієї частоти в струм іншої частоти).
4. Електромагнітні підсилювачі (для посилення потужності електричних сигналів).
5. Синхронні компенсатори (для підвищення cosj і підвищення компенсації).
6. Індукційні регулятори (для регулювання величини U).
7. Тагоконденсатори (для отримання електричного сигналу, прямо-пропорційного частоті обертання).
8. Сельсини, або обертається трансформатор (для отримання електричного сигналу, прямо прпорціонального куту повороту вала).
Окрему групу становлять трансформаторні електричні машини.
Закони електротехніки електричних машин:
- Закон Ома I = U / R.
- закони Кірхгофа åI = 0 åE =åI * R
- Закон електромагнітної індукції (найголовніший закон).
Розглянемо елементарний генератор.
Висновок: для отримання будь-якої електричної машини необхідна наявність магнітного поля та провідник. При роботі будь-якої електричної машини в будь-якому випадку наводиться ЕРС і Fем. Машини оборотні, тобто можуть працювати в двох режимах (двигуна або генератора).
Розділ I. Колекторні машини або машини постійного струму
Тема 1. Загальні питання машин постійного струму (МПТ)
МПТ випускаються як в якості двигуна, так і в якості генератора. Велике застосування знайшли ДПТ. Випускаються з потужністю від часток вата до декількох тисяч кіловат. ДПТ мають поліпшені пусковими і регулювальними властивостями. МПТ дозволяють отримати швидкість більше 3000 оборотів в хвилину (хв -1). Широкого застосування не знайшли, тому що більш складна конструкція, значить дорожче і більш низька надійність, щітковий контакт іскрить. У промислових будівлях знайшло застосування машин змінного струму. В даний час поширені напівпровідникові перетворювачі, які допомагають легше отримати постійний струм.
Серії МПТ випускаються промисловістю
Промисловість випускає як двигуни, так і генератори постійного струму. Випускаються серії машин загального і спеціального призначення. Серія загального призначення - 2П (частота обертання n = 750-4000 хв -1. Рдвіг = до 200 кВт, Ргенер = до 180 кВт). Випускаються в залежності від габаритів висоти осі обертання (всього одинадцять):
90, 100, 112, 132, 160, 180, 200, 225, 250, 280, 315 млм.
Залежно виконання і наявності вентиляції діляться на серії:
2ПН - захищене виконання з незалежною вентиляцією
2пФ - захищене виконання з обдувом від стороннього вентилятора
2ПБ - закрите виконання з природним охолоджуванням
2По - закрите виконання з обдувом від сторонньої вентиляції
2ПН - захищене виконання з незалежною вентиляцією
112 - висота осі обертання
М - перший розмір станини L - другий розмір станини
Г - двигун має вбудований тахогенератор
У - помірний клімат
Д - металургійне обладнання
ПЛ - ДПТ з паралельним збудженням
СЛ - ДПТ з послідовним збудженням
ДПМ - ДПТ з постійними магнітами
ВУЛ - універсальний ДПТ
Тема 2. Принцип дії генератора і двигуна постійного струму
Виходячи із закону електромагнітної індукції для роботи електричної машини (ЕМ) необхідно рух провідника в магнітному полі або зміна магнітного поля e = -dФ / Dt.
Найпростіша машина постійного струму повинна включати в себе полюса (для створення магнітного поля), сталевий циліндр (для створення шляху для магнітного потоку і для кріплення рамки), рамка (електропровідний середа), два півкільця (найпростіший колектор - перетворювач змінного струму в постійний), дві щітки (здійснюють ковзний контакт, призначені для зняття електричного струму згодом передачі його споживачеві).
Принцип дії генератора
I. Принцип отримання змінної ЕРС.
В результаті в рамці провідника наводиться змінна ЕРС, але нам необхідно постійне.
II. Принцип отримання постійної ЕРС.
Для отримання постійної ЕРС необхідно встановити колектор зі щітками - найпростіший механічний перетворювач змінного струму в постійний.
В результаті в навантаженні виходять постійне ЕРС, так як полярність щіток залишається незмінною, тобто ЕРС в рамці і раніше змінне, а в навантаженні стає постійним. Пояснюється це тим, що в результаті обертання циліндра під щіткою А знаходиться провідник, що знаходиться під північним полюсом. Під щіткою У провідник знаходиться під південним полюсом. В результаті отримуємо постійний струм.
При наявності однієї рамки виходить ЕРС що не забезпечує стійку роботу машини або вона занадто пульсуюча, а в точці 1 вона дорівнює 0.
Візьмемо дві рамки, розташовані під кутом 90 ° відносно один одного.
У справжніх машинах є безліч провідників, рівномірно укладених по поверхні циліндра, з'єднаних між собою послідовно і приєднаних до колектора.
З причини того, що машини оборотні, можемо зробити двигун з генератора.
III. Принцип отримання змінної ЕРС.
При протіканні струму по рамці в магнітному полі ми отримали струм, довжину, і магнітну індукцію, а так само і електромагнітну силу, яка визначається за правилом лівої руки.
Ми перетворили електричну енергію в механічну енергію.
При обертанні рамки в магнітному полі, напрямок електромагнітної сили не зміниться, так як при зміні положення провідника змінюється і напрямок струму в ньому, отже, двигун крутитися в одному напрямку.
IV. Пристрій машин постійного струму.
Конструктивне виконання машин постійного струму досить різноманітно, але всі вони включають в себе наступні основні вузли:
- Статор (нерухома частина).
- Якір (ротор, рухома частина).
- Підшипникові щити.
- Вентилятор.
- Щіткотримач (траверс).
Статор складається з станини і полюсів (головні, додаткові).
Станина (1) виготовляється зі сталі або чавуну. Міцна, висока механічна міцність. Ф - магнітний потік машини, який замикається через станину. Станина виконується цільної, з обрізків труби, рідше зварюванням. Машини великої потужності роблять рознімною. Є отвори для кріплення головних або додаткових полюсів. За торця є отвори для підшипникових шунтів. Несуча частина - своєрідний муздрамтеатр.
Головні полюса складаються з осердя і подполюсной котушки. Сердечник набирається з листів електротехнічної сталі товщиною 1-2 мл, що суттєво зменшує вихрові струму, а також втрати на перемагнічування якоря в магнітному полі.
На сердечник надаватися полюсна котушка, яка виконується мідним дротом. В машинах потужністю до 1 кВт провід намотується на пластмасовий каркас, який надягає на сердечник. При пропущенні струму по котушці створюється полюс певної полярності.
Головні полюса призначені для створення основного магнітного поля машини.
У більш сучасних машинах сердечник набирається з листів холоднокатаної анізотропної сталі, яка володіє підвищеним магнітним з'єднанням по поперечної осі. Холоднокатана сталь має властивість покриватися оксидною плівкою, що володіє високим опором для зменшення вихрових струмів (лаком не покривається).
Додаткові полюси призначені для зменшення комутації (для зменшення іскріння під щітками). Складається з сердечника і полюсной котушки. Необхідний для зосередження магнітної індукції в одну точку. Також набирається з листів електротехнічної сталі.
Кількість головних полюсів машини таке ж, як і додаткових або вдвічі менше. Додаткові полюси встановлюються в машинах вище 1 кВт.
Полярність додаткових полюсів така ж, як і у головного наступного по напрямку обертання - для генератора, або така ж, як у попереднього головного полюса, але для двигуна.
Якір складається з вала, сердечника, обмотки і колектора.
Вал - сталевий циліндр, відповідного діаметру. На валу знаходиться сердечник якоря, який виконаний з листів електротехнічної сталі. На зовнішній поверхні виштампувані пази товщиною 0,35 мл, ізольовані один від одного ізоляційним лаком. Пази служать для того, щоб закласти обмотку якоря. Сердечник служить для кріплення обмотки і шляхи магнітного потоку.
Обмотка якоря - закладається в пази, виконується з круглого квадратного або прямокутної форми.
Забивають клинами, виконані з гетинаксу і текстоліту.
Провідники з'єднуються послідовно між собою і припаиваются до колекторним пластин. Лобові частини обмотки стягуються Бондаж (дріт або стеклоленти).
Колектор найскладніший вузол в машині постійного струму.
Служить для зняття струму, найпростіший механічний перетворювач змінного струму в постійний. Колектор складається з безлічі мідних пластин трапеціїдальной форми.
1. З сталевими конусними шайбами. До петушку припаиваются провідники обмотки якоря. Самі пластини ізольовані шаром меканіта.
2. Колектор з пластмаси - для зниження ваги і ізоляції.
3. Підшипникові щити. Виконується зі сталі або чавуну. Передній щит - з боку колектора, задній - є розточення під підшипники, а після вал.
Призначення: охолодження. Повітря затягується з боку колектора, обдуває нагріті частини (обмотки) і виходить з іншого боку; виконується зі сталі, пластмаси.
У ньому закріплюються безпосередньо щітки, які здійснюють ковзний контакт.
1. Обойма, в якій міститься щітка 2 (графітові, вугільні). Натискання регулюється за допомогою курка 3. Тиск на щітку якщо більше, то щітка будить стиратися. 4 - пружина. 5 - затиск. 6 - троси служать для приєднання щітки до ланцюга